《機(jī)械制造基礎(chǔ)》 自考 課件 第4章 鐵碳合金

第4章鐵碳合金本章要點(diǎn)14.1鐵碳合金基本組織4.2鐵碳合金相圖及其分析4.3鐵碳合金相圖在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

4.1鐵碳合金基本組織機(jī)械制造基礎(chǔ)第4章

鐵碳合金2鐵碳合金中鐵和碳的結(jié)合方式為固溶體、化合物、固溶體和化合物形成的機(jī)械混合物。鐵碳合金基本組織表組織名稱符號組織特點(diǎn)碳的最大溶解度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）力學(xué)性能鐵素體F碳溶解于體心立方晶格α-Fe中所形成的固溶體727oC時(shí)，wc=0.0218%與工業(yè)純鐵較接近，強(qiáng)度和硬度低，塑性和韌性較好。伸長率A=30%~50%，抗拉強(qiáng)度Rm=180~280MPa，布氏硬度HBW=50~80奧氏體A碳在面心立方晶格γ-Fe中形成的間隙固溶體1148oC時(shí)，wc=2.11%強(qiáng)度、硬度不高，塑性好。伸長率A=40%~50%，布氏硬度HBW=170~220滲碳體Fe3C具有復(fù)雜斜方結(jié)構(gòu)的鐵與碳的間隙化合物wc=6.69%塑性、韌性幾乎為零，脆，硬度高。維氏硬度HV=950~1050珠光體P奧氏體冷卻時(shí)，在727oC發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，析出鐵素體F與滲碳體Fe3C的機(jī)械混合物（共析反應(yīng)）wc=0.77%有一定的強(qiáng)度和塑性，硬度適中，綜合力學(xué)性能較好。抗拉強(qiáng)度Rm=600~800MPa，伸長率A=20%~25%，布氏硬度HBW=170~230萊氏體Ldwc=4.3%的金屬液體同時(shí)結(jié)晶出奧氏體A和滲碳體Fe3C的機(jī)械混合物（共晶轉(zhuǎn)變），稱為高溫萊氏體wc=4.3%性能與滲碳體相似，硬度高、脆性大、塑性很差Ld'溫度降至727oC時(shí)，奧氏體A轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏wP，稱為低溫萊氏體4.2鐵碳合金相圖及其分析機(jī)械制造基礎(chǔ)第4章

鐵碳合金34.2.1鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖是由試驗(yàn)方法獲得的。wc>6.69%的鐵碳合金在工業(yè)上無使用價(jià)值當(dāng)wc=6.69%時(shí)，鐵和碳形成較穩(wěn)定的滲碳體，可作為合金的一個(gè)組元。鐵碳合金相圖就是以純鐵為一個(gè)組元，F(xiàn)e3C為另一個(gè)組元組成的，故又稱為Fe-Fe3C相圖。描述了鐵碳合金在平衡狀態(tài)下成分、溫度與組織之間的關(guān)系。鐵碳合金相圖是研究碳鋼和鑄鐵成分、溫度、組織和性能之間關(guān)系的簡明示意圖，是研究鐵碳合金的工具，也是擬訂各種熱加工工藝的依據(jù)。4.2鐵碳合金相圖及其分析機(jī)械制造基礎(chǔ)第4章

鐵碳合金44.2.1鐵碳合金相圖4.2鐵碳合金相圖及其分析機(jī)械制造基礎(chǔ)第4章

鐵碳合金54.2.2鐵碳合金相圖分析1.主要特征點(diǎn)特性點(diǎn)溫度T/oC碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)wc（%）含義A15380純鐵的熔點(diǎn)C11484.30共晶點(diǎn)D12276.69滲碳體Fe3C的熔點(diǎn)E11482.11碳在奧氏體γ-Fe中的最大溶解度F11486.69共晶滲碳體Fe3C的成分點(diǎn)G9120α-Fe?γ-Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變溫度K7276.69共析滲碳體Fe3C的成分點(diǎn)P7270.0218碳在鐵素體α-Fe中最大溶解度S7270.77共析點(diǎn)，（A1）A?F+Fe3CQ6000.0057碳在鐵素體中的溶解度鐵碳合金相圖中的特性點(diǎn)表4.2鐵碳合金相圖及其分析機(jī)械制造基礎(chǔ)第4章

鐵碳合金64.2.2鐵碳合金相圖分析2.主要特征線鐵碳合金相圖中的特性線表

特性線含義相線ACD液相線，是由各成分合金開始結(jié)晶溫度點(diǎn)所組成的線，線以上為液相AECF固相線，是由各成分合金結(jié)晶結(jié)束溫度點(diǎn)所組成的線。線以下，合金完成結(jié)晶，全部變?yōu)楣腆w狀態(tài)水平線ECF共晶轉(zhuǎn)變線。具有共晶成分（wc=4.3%）的液相在共晶溫度（1148°C）時(shí)，同時(shí)結(jié)晶出奧氏體與滲碳體的共晶體，即萊氏體。共晶反應(yīng)式為Lc?A+Fe3C。凡碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.11%而小于6.69%的鐵碳合金在ECF線上都發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變PSK共析轉(zhuǎn)變線。具有共析成分（wc=0.77%）的奧氏體在共析溫度（727°C）時(shí)，同時(shí)析出鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，即珠光體（P）。共析反應(yīng)式為A?F+Fe3C。凡碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.0218%的鐵碳合金在PSK線上都發(fā)生共析轉(zhuǎn)變特征線ES脫溶線，奧氏體脫溶出Fe3CII，即Acm線。奧氏體的最大溶碳量在1148°C時(shí)為2.11%；隨著溫度的降低，在727°C時(shí)僅為0.77%。凡碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.77%的鐵碳合金從1148°C冷卻到727°C時(shí)，就有滲碳體從奧氏體中析出，稱為二次滲碳體Fe3CII，而從液態(tài)結(jié)晶出的滲碳體稱為一次滲碳體Fe3CIIGS冷卻時(shí)由奧氏體析出鐵素體的開始線，通常稱為A?線PQ碳在鐵素體中的固溶線。在727°C時(shí)，鐵素體中碳的最大質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.0218%，溶碳量最大；在600°C時(shí)為0.0057%；而在室溫下僅為0.0008%。凡鐵碳合金從727°C冷卻到室溫時(shí)，均會從鐵素體中析出滲碳體，稱為三次滲碳體（Fe3CⅢ）。因其數(shù)量很少，一般不考慮Fe3CⅢ的存在GP鐵碳合金緩慢冷卻時(shí)，由奧氏體中析出鐵素體的終了線AE固相線，即奧氏體結(jié)晶終了線AC液相線，液態(tài)合金開始結(jié)晶出奧氏體CD液相脫溶線，液相開始脫溶出Fe3C鐵碳合金相圖中，ACD為液相線，AECF為固相線，兩條水平線分別表示兩個(gè)等溫線。4.2鐵碳合金相圖及其分析機(jī)械制造基礎(chǔ)第4章

鐵碳合金74.2.2鐵碳合金相圖分析3.鐵碳相圖中的相區(qū)相圖中有四個(gè)基本相，對應(yīng)四個(gè)單項(xiàng)區(qū)，分別為：ACD以上為液相區(qū)，AESG為奧氏體區(qū)，GPQ為鐵素體區(qū)，DFK為滲碳體區(qū)。

（1）四個(gè)單相區(qū)：鐵素體（F）、奧氏體（A）、液相（L）和滲碳體（Fe3C）。

（2）五個(gè)兩相區(qū)：L+A、L+Fe3CI、A+Fe3CII、A+F、F+Fe3CⅢ。

（3）兩個(gè)三相區(qū)：ECF共晶線是液相、奧氏體、滲碳體的三相共存線（L、A、Fe3C），PSK共析線是奧氏體、鐵素體、滲碳體的三相共存線（A、F、Fe3C）。4.2鐵碳合金相圖及其分析機(jī)械制造基礎(chǔ)第4章

鐵碳合金84.2.2鐵碳合金相圖分析4.鐵碳合金相圖中鐵碳合金的分類不同成分的鐵碳合金，具有不同的組織和性能。根據(jù)鐵碳合金相圖中P點(diǎn)和E點(diǎn)，鐵碳合金可分為工業(yè)純鐵、鋼和白口鑄鐵3大類。（1）工業(yè)純鐵。成分為P點(diǎn)以左（碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)wc<0.0218%）的鐵碳合金。特點(diǎn)：硬度低、強(qiáng)度低、塑性好。（2）鋼。成分為P點(diǎn)至E點(diǎn)間（碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)wc=0.0218%~2.11%）的鐵碳合金。特點(diǎn)：高溫固態(tài)組織為塑性很好的奧氏體，因而可進(jìn)行熱壓力加工。鋼根據(jù)S點(diǎn)和組織可分為亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼。（3）白口鑄鐵。成分為E點(diǎn)以右（碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)wc=2.11%~6.69%）的鐵碳合金。特點(diǎn)：液態(tài)結(jié)晶時(shí)都有共晶轉(zhuǎn)變，因而與鋼相比有較好的鑄造性能，但高溫組織中硬脆的滲碳體量很多，故不能進(jìn)行熱壓力加工。白口鑄鐵根據(jù)C點(diǎn)和組織可分為亞共晶白口鐵、共晶白口鐵、過共晶白口鐵。4.3鐵碳合金相圖在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用機(jī)械制造基礎(chǔ)第4章

鐵碳合金9鐵碳合金中隨著碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不同，其平衡組織各不相同，從而導(dǎo)致其力學(xué)性能不同，可以根據(jù)零件的不同性能要求來合理地選擇材料。若需要塑性、韌性高、焊接性能好的材料，應(yīng)選擇低碳鋼，用于軋制型材及制造橋梁、船舶和各種建筑結(jié)構(gòu)等；若需要塑性、韌性和強(qiáng)度都較高的材料，應(yīng)選擇中碳鋼，用于制造各種機(jī)器零件；高碳鋼中亞共析成分的鋼，強(qiáng)度和彈性極限較高，適于制造高強(qiáng)度零件和彈簧；過共析成分的高碳鋼，具有高的硬度和耐磨性，多用作工具、模具等；白口鑄鐵的硬度高、耐磨性好，脆性大，鑄造性能優(yōu)良，適用于耐磨、不受沖擊、形狀復(fù)雜的機(jī)器底座、要求不太高的外形復(fù)雜的箱體鑄件。1.在選材方面的應(yīng)用4.3鐵碳合金相圖在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用機(jī)械制造基礎(chǔ)第4章

鐵碳合金10鐵碳合金中隨著碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，其熔點(diǎn)是隨之下降的，工業(yè)純鐵的熔點(diǎn)最高，鑄鐵的熔點(diǎn)最低。鐵碳合金的澆鑄溫度通常應(yīng)在鐵碳合金的液相線以上50~60°C為宜。隨著碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，鐵碳合金的常溫組織形態(tài)和性能都有了很大的變化。其中，含共晶成分的白口鑄鐵和工業(yè)純鐵因其結(jié)晶溫度區(qū)間最?。傻搅悖柿鲃有院?，鑄造工藝性能最好，可以得到致密結(jié)實(shí)的高質(zhì)量鑄件。在工業(yè)生產(chǎn)中，接近共晶成分的鑄鐵在鑄造生產(chǎn)中應(yīng)用是最廣泛的。鑄鋼是比較常用的一種鑄造合金，鑄鋼熔點(diǎn)高，結(jié)晶溫度區(qū)間較大，流動性差，得到的鑄件不夠致密，其鑄造工藝性能比鑄鐵差。只有一些形狀復(fù)雜、對工件強(qiáng)度和韌性要求都較高的情況下才會使用鑄鋼。2.在鑄造生產(chǎn)上的應(yīng)用4.3鐵碳合金相圖在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用機(jī)械制造基礎(chǔ)第4章

鐵碳合金11鋼在室溫時(shí)的組織為兩相混合物，塑性較差，變形困難，只有將其加熱到單相奧氏體狀態(tài)，才能獲得較低的強(qiáng)度、較好的塑性和較小的變形抗力，才會易于鍛壓成形。鐵碳相圖的單相奧氏體區(qū)即在GS、SE線以上，所以進(jìn)行鍛壓或熱軋加工時(shí)，一定要把坯料加熱到GS、SE線以上，但也不宜過高，以免鋼材因?yàn)闇囟冗^高而氧化燒損嚴(yán)重。但變形的終止溫度也不宜過低，溫度過低時(shí)，硬度會大，會增加鍛壓的難度，增加能量的消耗和設(shè)備的負(fù)擔(dān)。另外，還會因塑性的降低而導(dǎo)致坯料開裂。各種碳鋼的較合適的鍛壓加熱溫度是1150~1200°C，變形終止溫度為750~850°C。3.在鍛壓生產(chǎn)上的應(yīng)用4.3鐵碳合金相圖在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用機(jī)械制造基礎(chǔ)第4章

鐵碳合金12鋼在室溫時(shí)的組織為兩相混合物，塑性較差，變形困難，只有將其加